复合孔结构分子筛催化热解木质纤维素类生物质及其酚类衍生物的性能研究
发布时间：2021-03-22 21:19
木质纤维素类生物质作为可再生能源产量丰富,同时具有大量的天然芳环类结构。通过热化学的方式,耦合热解与催化裂解路径,可以以较高的处理速率一步转化为芳烃类产物。本文针对研究中的科学问题,开展了复合孔结构分子筛的设计与合成,并考察了其在木质素催化热解、酚类生物油催化共裂解提质等路线中的催化性能。首先针对常规多级孔分子筛在制备中有所损失,造孔过程较难控制等缺点,采用重沉积和重结晶方式构建了两种新型复合孔分子筛,均具有含刻蚀孔的内核以及介孔外层。第一种方法基于多级孔分子筛的强碱刻蚀操作,在表面活性剂的引导下通过温和条件下的重沉积过程,使得溶解的硅与铝物种重新自组装为无定型的介孔壳层,包覆于多级孔表面;第二种方法基于弱碱氨水水热法进行脱步,通过调节加入的有机碱浓度控制刻蚀程度,并采用水热法进行溶解物种的重结晶,可以构成有序的介孔层,同时在微米与纳米尺寸分子筛上均实现了对应结构的复合孔构建。针对三种不同的介孔结构ZSM-5分子筛（核壳,多级孔,第一类复合孔）,详尽对比了不同介孔结构的形貌和结构参数,并用于酶解木质素催化热解制取芳烃产物。对介孔分布与催化效果之间关系进行了分析,展示了等效介孔孔径对于催...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：183 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
010—2050年世界总体一次能源消耗量（千兆英热单位）以及2018与2050年不同能源占比预测（InternationalEnergyOutlook2019）[1]
浙江大学博士学位论文2图1.2工业用途的能源消耗量预测（OECD：经合组织成员国；non-OECD：非经合组织成员国）（InternationalEnergyOutlook2019）[1]在能源使用中，工业部门是最大的消耗者。根据图1.2，发展中国家，包括中国在接下来的几十年中会有迅速增加的能源需求，尤其是非洲、中东以及印度等区域。到2040年，据预测非经合组织国家会有200千兆英热（5.87*1013千瓦时）的工业用能消耗。由于能源利用方式相对落后，这些需求会带来更高的环境污染可能性，以及更多的碳排放。目前由于人类工业活动排放的二氧化碳、甲烷等温室气体使得全球变暖成为核心的环境议题。在2019年5月12日，NOAA（美国国家海洋和大气管理局）在夏威夷莫纳罗亚天文台观测到，大气层二氧化碳浓度首次突破415ppm，达到415.26ppm，是三百万年以来的最高值[2]。因此，积极发展可再生能源以降低生产利用过程中的污染，并控制对外界的碳排放是接下来能源发展的重要方向。在目前已有的新能源形式中，生物质具有可再生、碳零排放、储量丰富且分布广泛、高能量密度、生产与利用过程污染小等优势，是成为未来最重要的可替代能源之一，尤其是针对传统化石能源的升级换代[3,4]。生物质（Biomass）是指一切直接或间接利用绿色植物光合作用形成的可循环可再生的有机物质。生物质能亦即经由绿色植物，将光能通过光合作用转化为化学能的一种能量储存方式。其赋存形式主要包括农林废弃物、动植物废物、藻类、部分城市生活废弃物等，此外还有专门的能源作物，以及部分经济和粮食作物及其产物也可加以转化利用，如油料作物、棕榈油、陈化粮等。而在光合作用的能量转化过程中，能量的贮存主要通过吸收大气中的CO2并与水合成富能有机物，并释放氧气而得以实现碳固化，因此在植物生
浙江大学博士学位论文4下，木质素含量较高的木质纤维素类生物质的转化利用目前难度较高。目前，针对生物质能转化技术的研究，主要包括物理过程、热化学过程和生物过程三条路线，包括生物质固体成型燃料、直接燃烧、生物质气化制备合成气、生物质液化、热解制备生物油、微生物发酵生产燃料乙醇等技术。其中直接燃烧是生物质能源最早且应用最多的方式，产生的热能可以直接利用或者进一步转化为电能。生物质的热解、液化和气化是热化学转化的主要方式，通过热化学方法将生物质部分或全部转化为气体、液体，以及部分焦炭[7,8]。热化学与生化转化可以得到汽柴油类燃料以及高值的化工原料，如呋喃类、醇类、酚类、糖类、芳烃类等等，如图1.3所示[9]。通过不同的转化途径，将生物质能源转化为清洁绿色的气体或者液体燃料，替代不可再生的化石燃料能源，用于电力生产、交通运输、城市燃气等方面，具有广阔的发展前景和重大的现实意义。图1.3木质纤维素类生物质制取液体燃料和化学品的主要转化途径[9]1.2.1气化制取液体燃料与煤气化类似，生物质气化是在较高温度条件下，在空气、氧气或者水蒸汽的作用下使生物质发生热解、部分氧化、水汽变换反应等生成CO、H2和小分子气态烃类等可燃性气体的过程。生物质气化通常的反应温度低于煤气化。气化得到的小分子一方面可直接作为生物燃气使用，另一方面也可以经由气质调变后，采用费托合成、烯烃齐聚等路线重新定向合成烃类液体颜料，即气化-合成方法[8]。具体而言，气化的粗合成气可以采用提纯、水煤气变化、水蒸气重整等方式调变碳氢比，得到理想的合成气（如H/C比接近2）；随
本文编号：3094492
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：183 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
010—2050年世界总体一次能源消耗量（千兆英热单位）以及2018与2050年不同能源占比预测（InternationalEnergyOutlook2019）[1]
浙江大学博士学位论文2图1.2工业用途的能源消耗量预测（OECD：经合组织成员国；non-OECD：非经合组织成员国）（InternationalEnergyOutlook2019）[1]在能源使用中，工业部门是最大的消耗者。根据图1.2，发展中国家，包括中国在接下来的几十年中会有迅速增加的能源需求，尤其是非洲、中东以及印度等区域。到2040年，据预测非经合组织国家会有200千兆英热（5.87*1013千瓦时）的工业用能消耗。由于能源利用方式相对落后，这些需求会带来更高的环境污染可能性，以及更多的碳排放。目前由于人类工业活动排放的二氧化碳、甲烷等温室气体使得全球变暖成为核心的环境议题。在2019年5月12日，NOAA（美国国家海洋和大气管理局）在夏威夷莫纳罗亚天文台观测到，大气层二氧化碳浓度首次突破415ppm，达到415.26ppm，是三百万年以来的最高值[2]。因此，积极发展可再生能源以降低生产利用过程中的污染，并控制对外界的碳排放是接下来能源发展的重要方向。在目前已有的新能源形式中，生物质具有可再生、碳零排放、储量丰富且分布广泛、高能量密度、生产与利用过程污染小等优势，是成为未来最重要的可替代能源之一，尤其是针对传统化石能源的升级换代[3,4]。生物质（Biomass）是指一切直接或间接利用绿色植物光合作用形成的可循环可再生的有机物质。生物质能亦即经由绿色植物，将光能通过光合作用转化为化学能的一种能量储存方式。其赋存形式主要包括农林废弃物、动植物废物、藻类、部分城市生活废弃物等，此外还有专门的能源作物，以及部分经济和粮食作物及其产物也可加以转化利用，如油料作物、棕榈油、陈化粮等。而在光合作用的能量转化过程中，能量的贮存主要通过吸收大气中的CO2并与水合成富能有机物，并释放氧气而得以实现碳固化，因此在植物生
浙江大学博士学位论文4下，木质素含量较高的木质纤维素类生物质的转化利用目前难度较高。目前，针对生物质能转化技术的研究，主要包括物理过程、热化学过程和生物过程三条路线，包括生物质固体成型燃料、直接燃烧、生物质气化制备合成气、生物质液化、热解制备生物油、微生物发酵生产燃料乙醇等技术。其中直接燃烧是生物质能源最早且应用最多的方式，产生的热能可以直接利用或者进一步转化为电能。生物质的热解、液化和气化是热化学转化的主要方式，通过热化学方法将生物质部分或全部转化为气体、液体，以及部分焦炭[7,8]。热化学与生化转化可以得到汽柴油类燃料以及高值的化工原料，如呋喃类、醇类、酚类、糖类、芳烃类等等，如图1.3所示[9]。通过不同的转化途径，将生物质能源转化为清洁绿色的气体或者液体燃料，替代不可再生的化石燃料能源，用于电力生产、交通运输、城市燃气等方面，具有广阔的发展前景和重大的现实意义。图1.3木质纤维素类生物质制取液体燃料和化学品的主要转化途径[9]1.2.1气化制取液体燃料与煤气化类似，生物质气化是在较高温度条件下，在空气、氧气或者水蒸汽的作用下使生物质发生热解、部分氧化、水汽变换反应等生成CO、H2和小分子气态烃类等可燃性气体的过程。生物质气化通常的反应温度低于煤气化。气化得到的小分子一方面可直接作为生物燃气使用，另一方面也可以经由气质调变后，采用费托合成、烯烃齐聚等路线重新定向合成烃类液体颜料，即气化-合成方法[8]。具体而言，气化的粗合成气可以采用提纯、水煤气变化、水蒸气重整等方式调变碳氢比，得到理想的合成气（如H/C比接近2）；随
本文编号：3094492
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